關于仿真實驗在高中物理校本課程開發中的案例探討

李迪

摘 要：仿真實驗在校本課程中的應用將在一定程度上顛覆原有口述物理實驗現象的舊面貌，是一個純粹意義的探究創新過程，經歷糾誤操作、尋找實驗漏洞這樣的過程才是培養真正的科研素養和創新思維，使學生體會物理實驗的精髓，培養能力，變被動接受為主動探究，全方位多層次調動學生認知新事物的主觀能動性，極大程度地拓展個性發展空間，拓展學生思辨的外延空間。

關鍵詞：仿真實驗;校本課程;高中物理;課程資源;新課程改革

一、背景簡介

隨著新科技和新知識的發展，新課程改革的進一步深化，學校最初的教育教學方法和手段，甚至是教材內容的設置和教學順序的安排也在隨之大幅調整。本人現在任教高三年級，從2017年9月接任新高中一年級物理教學至今，經歷了天津市新課程改革以來第一輪完整的高中循環。在這一輪教學中我感慨良多。如果一味因循《高中物理教材》的課程安排、完全依靠物理課上的有限時間，以及低層次滿足于開齊物理分組實驗，顯然不能出色完成新形勢下高中物理教學任務和目標，更不可能培養出有個性、有特色、有能力的優秀高中畢業生。為了突破傳統物理教學課程安排的局限，突破傳統物理實驗的局限，將仿真實驗與高中物理校本課程有機整合在一起將成為大勢所趨！

二、案例分析

（一）基本定義包括：

（1）校本課程（school—based curriculum）即以學校為本位、由學校自己確定的課程，它與國家課程、地方課程相對應 [1] 。

所謂校本，其一：要立足于突破學校所面臨的困難，完成學校教學實踐的要求;其二：既然問題源于學校教學進程自身，就要由學校中的一線教師們集思廣益共同探討，由教師小組、備課組、甚至是學科組來一同分析解決，而不是單個教師的單打獨斗。其三：即使是被學校采用過的成品課程，也需要進行周期性調整。因為在實踐中，教師團隊會對自己的教學活動做出反思，對學生的知識需求與認知所得做出評估，確定下一屆的教學目標，實施情景分析組織新內容完善校本課程。

（2）仿真（Simulation）

仿真實驗是利用FLASH技術開發的最富真實感的實驗，可直接在電腦上在線模擬操作，通過自主操作實驗，從而掌握物理和化學知識原理，理解并記憶方程式、公式、定律、定理等，從而有效提高理化學習成績 [2] 。

（二）現階段教學現狀：

高中物理是實驗為主的科學，定理和定律的證實都需要大量實驗作為輔助，學生對物理定律的理解與記憶也仰仗實驗的支撐，但是高中的實驗手段又很受限制，許多時候實驗的結果是依靠老師的“三寸不爛之舌”呈現給學生的，磨滅了學生求知的熱情，更是大大減弱了物理學的無窮魅力，現狀很是悲哀。

現階段的高中學生，完全是在重復教師的實驗設計，他們只是操作者，甚者對實驗中的注意事項僅是停留在知道的層面，對于實驗細節也只是死記硬背，應付考試“高分低能”。這樣的高中畢業生很難在今后大學時代或工作中有什么創造性，也不會具備物理人的嚴謹探究精神。

三、解決策略

（一）仿真實驗整合高中物理校本課程的優勢及方法：

（1）降低成本：仿真實驗室的建設和應用會有效緩解傳統實驗對“時間、人力、空間、設備”的限制，使學生能自主探究各種實驗，熟悉儀器操作，突破陳舊儀器造成實驗結果不準確的阻礙，提高教學質量，使更多的學生可以“隨時”進入仿真實驗室，體驗這種“浸入式”“平民化”的物理教學手段。

（2）安全且高效：仿真實驗室能確保安全性，并且可以按照需求縮短實驗時間，且不影響實驗結論。

（3）提高能力，培養創新意識：利用仿真實驗室學生可以自主設計實驗，更易獲取相關的知識，得到實時操控與反饋。有利于培養學生的探索精神、儀器操作能力、分析解決突發現象的能力、增加創新意識。

（4）突破傳統實驗局限和設置非常規故障：在仿真實驗室里不僅可以完成極限數據采集，觀察極限試驗現象，還能設置一些在傳統實驗室中無法設置的非常規故障，用以培養學生自主發現問題，應對非常規故障的能力，從而大幅提高學生的實際操作能力和探究發現能力。

（5）針對性更強，打開思辨的空間：仿真實驗可以讓課程適應每一位學生的發展，使校本課程的開發更具針對性，不只是針對不同學生的個體差異性，更是針對不同的物理教學任務創生出一個思辨的空間。

（二）仿真實驗教學軟件可以佐證、部分替代甚至全部替代傳統實驗，不僅全方位的感知仿真效果絲毫不遜色于傳統實驗，并能高度反映物理實驗的實時操控與反饋，在不同實驗中有全新的體現。

（1）全方位的感知仿真效果：就高中物理教學而言，它不僅可以提供一般計算機所提供的視覺、聽覺刺激，還能根據物理定律驅動物體動作。甚至在力學實驗時可以讓學生感知不同力度，當受到力改變物體運動狀態時，感知運動的速度，移動的方向、翻倒，模擬失重與超重，太空行走等;熱學實驗時可以感知不同溫度，皮膚的痛感，甚至包括嗅覺等;光學實驗時感知不同照度、頻率等;核物理初步介紹時可以仿真核子對撞，能級躍遷等內容。

（2）實時操控與敏捷反饋：學生和指導教師可以在虛擬環境里，按照任意合理的典型實驗和案例自主選擇、連接、調節實驗儀器設備獲取實驗數據及結論，在任意抓取實驗儀器進行自己的實驗設計時得到及時的反饋信號。例如，學生在設計伏安法測量電源電動勢和內阻時，可以用手去直接抓取虛擬環境中的測量儀表并可以有觸感，感覺到物體的重量，如果操作不當會有觸電等感覺。對于一些很難真實操作的、實驗現象微小不易觀測的物理實驗來說，這樣的仿真實驗效果接近甚至超過在真實環境中取得的數據結論，無疑仿真實驗為高中學生認知物理世界打開了一扇更加形象逼真的“窗”。

四、小結啟示

雖然仿真實驗不能完全取代傳統物理實驗，但仿真實驗和校本課程的積極整合將為新課程改革下的高中物理教學注入無限生機，是今后教學成敗的全新引領趨勢，也是提高學生能力的嶄新動力源泉。

參考文獻

[1]鄭金洲.走向校本[J].教育理論與實踐，2000（6）：11-14.

[2]什么是仿真實驗.新浪.2019，07，09.